一種石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜的製備方法與流程

2023-05-19 05:21:01 1

本發明涉及電纜技術領域，尤其涉及一種石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜的製備方法。

背景技術：

隨著我國國民經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高，電力工業成為支撐國民經濟和社會發展的基礎性產業和公用事業，人們對電力的依賴程度也越來越高。隨著我國電力覆蓋範圍的不斷增加，電線電纜作為電力傳輸的載體，其需求量也在不斷增長，採用銅作為線芯，由於銅的價格昂貴，密度大，所以電線電纜所用線芯可用鋁來代替銅，目前，用普通鋁製造的線芯，其導電性能和耐熱性能表現不佳，並且生產過程中常出現斷線現象，進而增加了其生產成本和使用成本；採用鋁合金作為線芯，其鋁合金中的組織結構還有待改善，鋁合金的強度與導電性、塑性不能同時優化，同時鋁合金的耐撓曲疲勞性不佳，這些都限制了鋁合金線芯的使用。

技術實現要素：

基於背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜的製備方法，通過合理設置工藝參數，優化石墨烯的結構，有效改善鋁合金的整體性能，使得到的石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜具有良好的強度、塑性、導電性、耐熱性、耐撓曲疲勞性和加工性能等優點。

本發明提出的一種石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜的製備方法，具體步驟如下：

s1、將熔化爐升溫至750-770℃，加入廢鋁，待其融化後再升溫至860-900℃，加入矽鈣合金、銅鋁合金、鋅鋁合金、鎂錠，待全部融化後，加入稀土鋁合金，充分攪拌，靜置，取樣進行迅速爐前分析，得到鋁合金液；

s2、在鋁合金液中加入石墨烯，攪拌均勻，然後進行澆鑄軋制，空冷至室溫得到鋁合金；

s3、對鋁合金進行熱處理，再將鋁合金加工成鋁合金線，然後將鋁合金線進行多股絞合，製成線芯束，再在線芯束外從內到外依次包裹一層橡膠絕緣保護層，得到石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜。

優選地，鋁合金液的組分按質量百分數包括：cu：3.5-4.5％、si：0.5-0.8％、be：0.2-0.3％、mg：0.6-0.8％、mo：0.1-0.2％、fe：0.2-0.3％、zn：0.3-0.6％、zr：0.15-0.25％、sr：0.05-0.1％、ca：0.5-0.8％、co：0.04-0.12％、eu：0.1-0.2％、gd：0.1-0.15％、nd：0.15-0.25％，其餘為al及不可避免的雜質。

具體實施例中，cu的質量百分數為3.6％、3.8％、4％、4.1％、4.3％、4.4％，si的質量百分數為0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％，be的質量百分數為0.22％、0.24％、0.25％、0.27％、0.29％，mg的質量百分數為0.62％、0.65％、0.68％、0.7％、0.74％、0.78％，mo的質量百分數為0.12％、0.14％、0.15％、0.17％、0.19％，fe的質量百分數為0.22％、0.24％、0.25％、0.27％、0.29％，zn的質量百分數為0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％，zr的質量百分數為0.17％、0.19％、0.2％、0.22％、0.24％，sr的質量百分數為0.06％、0.07％、0.08％、0.09％，ca的質量百分數為0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％，co的質量百分數為0.05％、0.06％、0.08％、0.1％，eu的質量百分數為0.12％、0.14％、0.15％、0.17％、0.19％，gd的質量百分數為0.11％、0.12％、0.13％、0.14％，nd的質量百分數為0.17％、0.19％、0.2％、0.22％、0.24％，其餘為al及不可避免的雜質。

優選地，在鋁合金液的組分中，cu、si、mg、mo的質量百分數滿足如下關係式：2.1％≤0.2×cu+si+mg+mo≤2.5％。

優選地，在鋁合金液的組分中，eu、gd、nd的質量百分數滿足如下關係式：0.45％≤eu+gd+nd≤0.5％。

優選地，在鋁合金液的組分中，be、zn、ca的質量百分數滿足如下關係式：1.2％≤be+zn+ca≤1.45％。

優選地，s1中，靜置時間為15-20min。

優選地，s2中，石墨烯的比表面積為2650-2700m2/g，且與鋁合金液的重量比為0.45-0.6:100。

優選地，s2中，澆包溫度為700-730℃，鑄機冷卻水的壓力為4-6公斤，澆鑄後鋁合金鑄條在入軋機前的溫度為460-480℃，乳化液溫度為35-45℃。

優選地，s3中，熱處理過程的具體步驟如下：將鋁合金在15-20min升溫至210-240℃，再以5-8min升溫至300-350℃，保溫2-3h，再空冷至室溫。

本發明將廢鋁、矽鈣合金、銅鋁合金、鋅鋁合金、鎂錠和稀土鋁合金熔煉得到鋁合金液，調節鋁合金液各組分的質量百分數，其中，控制cu、si、mg、mo的含量，使其滿足2.1％≤0.2×cu+si+mg+mo≤2.5％，合理設置工藝參數，能有效減小鋁合金中初晶矽粒子尺寸，改善cu對鋁合金抗腐蝕性造成的不利影響，生成cual2相和mg5al8相，彌散分布在鋁合金中，細化了鋁合金組織結構，同時起到良好的除氧和除氮效果，提高了鋁合金的抗拉強度、屈服強度、導電性和耐熱性，再與eu、gd、nd配合，具有良好的除氫效果，提高鋁合金再結晶溫度，有效阻止鋁合金再結晶，並能顯著細化再結晶晶粒，減少二次晶間距，提高鋁合金的緻密度，改善鋁合金的組織結構，從而提高鋁合金的耐撓曲疲勞性和加工性能；加入石墨烯攪拌均勻，石墨烯的比表面積大，且在澆鑄前加入，減少石墨烯受高溫的時間，保存了石墨烯獨特的二維結構，石墨烯均勻分布在鋁合金液中，在鋁合金中形成良好的結合界面，阻礙結合界面受力過程中的位錯移動和裂紋擴展，減少鋁合金中的氣體和夾雜，進一步細化晶粒，提高鋁合金的緻密度，並促進夾雜相趨於球化，同時降低鋁合金液的表面張力，增加鋁合金液的流動性，提高鋁合金的熱加工性能；再通過控制be、zn、ca的含量，使其質量百分數滿足：1.2％≤be+zn+ca≤1.45％，形成casi相，且與石墨烯配合，使鋁合金具有良好的塑性和導電性，同時具有良好的除氫效果，防止出現氣孔和裂紋，改善鋁合金的組織結構；通過控制熱處理的工藝參數，合理設置升溫時間和溫度，進一步優化鋁合金的組織結構，消除鋁合金殘餘應力，有效改善鋁合金的整體性能。本發明提出了一種石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜的製備方法，通過合理設置工藝參數，優化石墨烯的結構，有效改善鋁合金的整體性能，使得到的石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜具有良好的強度、塑性、導電性、耐熱性、耐撓曲疲勞性和加工性能等優點。

具體實施方式

下面，通過具體實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。

實施例1

本發明提出的一種石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜的製備方法，具體步驟如下：

s1、將熔化爐升溫至750℃，加入廢鋁，待其融化後再升溫至860℃，加入矽鈣合金、銅鋁合金、鋅鋁合金、鎂錠，待全部融化後，加入稀土鋁合金，充分攪拌，靜置20min，取樣進行迅速爐前分析，得到鋁合金液；

s2、在鋁合金液中加入石墨烯，混合均勻，然後進行澆鑄軋制，空冷至室溫得到鋁合金；其中，澆包溫度為700℃，鑄機冷卻水的壓力為4公斤，澆鑄後鋁合金鑄條在入軋機前的溫度為460℃，乳化液溫度為35℃；

s3、對鋁合金進行熱處理，再將鋁合金加工成鋁合金線，然後將鋁合金線進行多股絞合，製成線芯束，再在線芯束外從內到外依次包裹一層橡膠絕緣保護層，得到石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜。

其中，鋁合金液的組分按質量百分數包括：cu：3.5％、si：0.8％、be：0.3％、mg：0.8％、mo：0.1％、fe：0.3％、zn：0.3％、zr：0.15％、sr：0.1％、ca：0.5％、co：0.04％、eu：0.2％、gd：0.1％、nd：0.15％，其餘為al。

實施例2

本發明提出的一種石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜的製備方法，具體步驟如下：

s1、將熔化爐升溫至770℃，加入廢鋁，待其融化後再升溫至900℃，加入矽鈣合金、銅鋁合金、鋅鋁合金、鎂錠，待全部融化後，加入稀土鋁合金，充分攪拌，靜置15min，取樣進行迅速爐前分析，得到鋁合金液；

s2、在鋁合金液中加入石墨烯，攪拌均勻，然後進行澆鑄軋制，空冷至室溫得到鋁合金；其中，澆包溫度為730℃，鑄機冷卻水的壓力為6公斤，澆鑄後鋁合金鑄條在入軋機前的溫度為480℃，乳化液溫度為45℃；

s3、將鋁合金在15min升溫至210℃，再以5min升溫至300℃，保溫3h，再空冷至室溫，再將鋁合金加工成鋁合金線，然後將鋁合金線進行多股絞合，製成線芯束，再在線芯束外從內到外依次包裹一層橡膠絕緣保護層，得到石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜。

其中，鋁合金液的組分按質量百分數包括：cu：4.5％、si：0.5％、be：0.2％、mg：0.6％、mo：0.2％、fe：0.2％、zn：0.6％、zr：0.25％、sr：0.05％、ca：0.8％、co：0.12％、eu：0.1％、gd：0.15％、nd：0.25％，其餘為al；

s2中，石墨烯的比表面積為2650m2/g，且與鋁合金液的重量比為0.45:100。

實施例3

本發明提出的一種石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜的製備方法，具體步驟如下：

s1、將熔化爐升溫至760℃，加入廢鋁，待其融化後再升溫至880℃，加入矽鈣合金、銅鋁合金、鋅鋁合金、鎂錠，待全部融化後，加入稀土鋁合金，充分攪拌，靜置18min，取樣進行迅速爐前分析，得到鋁合金液；

s2、在鋁合金液中加入石墨烯，攪拌均勻，然後進行澆鑄軋制，空冷至室溫得到鋁合金；其中，澆包溫度為720℃，鑄機冷卻水的壓力為5公斤，澆鑄後鋁合金鑄條在入軋機前的溫度為475℃，乳化液溫度為40℃；

s3、將鋁合金在20min升溫至240℃，再以8min升溫至350℃，保溫2h，再空冷至室溫，再將鋁合金加工成鋁合金線，然後將鋁合金線進行多股絞合，製成線芯束，再在線芯束外從內到外依次包裹一層橡膠絕緣保護層，得到石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜。

其中，鋁合金液的組分按質量百分數包括：cu：4％、si：0.64％、be：0.25％、mg：0.72％、mo：0.14％、fe：0.23％、zn：0.45％、zr：0.21％、sr：0.08％、ca：0.65％、co：0.08％、eu：0.16％、gd：0.12％、nd：0.18％，其餘為al；

s2中，石墨烯的比表面積為2700m2/g，且與鋁合金液的重量比為0.6:100。

實施例4

本發明提出的一種石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜的製備方法，具體步驟如下：

s1、將熔化爐升溫至755℃，加入廢鋁，待其融化後再升溫至865℃，加入矽鈣合金、銅鋁合金、鋅鋁合金、鎂錠，待全部融化後，加入稀土鋁合金，充分攪拌，靜置16.5min，取樣進行迅速爐前分析，得到鋁合金液；

s2、在鋁合金液中加入石墨烯，攪拌均勻，然後進行澆鑄軋制，空冷至室溫得到鋁合金；其中，澆包溫度為725℃，鑄機冷卻水的壓力為6公斤，澆鑄後鋁合金鑄條在入軋機前的溫度為465℃，乳化液溫度為42℃；

s3、將鋁合金在16.5min升溫至220℃，再以5.5min升溫至320℃，保溫2.8h，再空冷至室溫，再將鋁合金加工成鋁合金線，然後將鋁合金線進行多股絞合，製成線芯束，再在線芯束外從內到外依次包裹一層橡膠絕緣保護層，得到石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜。

其中，鋁合金液的組分按質量百分數包括：cu：3.8％、si：0.62％、be：0.23％、mg：0.66％、mo：0.12％、fe：0.27％、zn：0.38％、zr：0.18％、sr：0.06％、ca：0.59％、co：0.06％、eu：0.14％、gd：0.11％、nd：0.21％，其餘為al；

s2中，石墨烯的比表面積為2680m2/g，且與鋁合金液的重量比為0.5:100。

實施例5

本發明提出的一種石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜的製備方法，具體步驟如下：

s1、將熔化爐升溫至760℃，加入廢鋁，待其融化後再升溫至875℃，加入矽鈣合金、銅鋁合金、鋅鋁合金、鎂錠，待全部融化後，加入稀土鋁合金，充分攪拌，靜置18.5min，取樣進行迅速爐前分析，得到鋁合金液；

s2、在鋁合金液中加入石墨烯，攪拌均勻，然後進行澆鑄軋制，空冷至室溫得到鋁合金；其中，澆包溫度為705℃，鑄機冷卻水的壓力為4公斤，澆鑄後鋁合金鑄條在入軋機前的溫度為465℃，乳化液溫度為37℃；

s3、將鋁合金在18min升溫至235℃，再以6.5min升溫至340℃，保溫2.3h，再空冷至室溫，再將鋁合金加工成鋁合金線，然後將鋁合金線進行多股絞合，製成線芯束，再在線芯束外從內到外依次包裹一層橡膠絕緣保護層，得到石墨烯稀土鋁合金高導材料電纜。

其中，鋁合金液的組分按質量百分數包括：cu：4.25％、si：0.72％、be：0.26％、mg：0.75％、mo：0.18％、fe：0.22％、zn：0.51％、zr：0.22％、sr：0.09％、ca：0.66％、co：0.1％、eu：0.18％、gd：0.11％、nd：0.17％，其餘為al；

s2中，石墨烯的比表面積為2690m2/g，且與鋁合金液的重量比為0.55:100。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。